JPH09187636A

JPH09187636A - 軸流型撹拌翼

Info

Publication number: JPH09187636A
Application number: JP8212448A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yamamoto; 昌史山本; Yukimichi Okamoto; 幸道岡本
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1997-07-22
Anticipated expiration: 2016-08-12
Also published as: CN1046097C; JP2931256B2; KR19980031600A; US5813837A; KR0184348B1; EP0771586A1; MY113530A; CN1155447A

Abstract

(57)【要約】【課題】プロペラと同等以上の吐出効率を有するコン
パクトな形状の経済的な軸流翼を提供する。【解決手段】羽根板の最大幅が翼径の２０％未満のと
き、半径位置０．６での傾斜角度は１２〜２２°であ
り、先端部の幅は半径位置０．６での幅の１２〜７５％
であって、且つ先端部の傾斜角度は半径位置０．６での
傾斜角度より５〜１０°小さく、付け根側の幅は半径位
置０．６での幅の４０％以上であって、且つ付け根側の
傾斜角度は２５〜５０°である。また、羽根板の最大幅
が翼径の２０％以上のとき、最大幅部の半径位置は０．
４〜０．８であって、且つ最大幅部の傾斜角度は１２〜
２２°であり、先端部の幅は最大幅の１２〜７５％であ
って、且つ先端部の傾斜角度は最大幅部の傾斜角度より
５〜１０°小さく、付け根側の幅は最大幅の４０〜１０
０％であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜５０°
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸流型撹拌翼に関
し、特に詳しくは、低中粘度液の混合や低中粘度液中で
の異相系分散等の操作を行う撹拌槽や低中粘度液の貯槽
で使用するのに適した撹拌翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】低中粘度液の混合や低中粘度液中での異
相系分散等の操作を行う撹拌においては、撹拌軸の方向
に液を吐出する軸流型の撹拌翼（以下「軸流翼」とい
う）が比較的多く用いられる。その理由は、この種の翼
が他の翼に比べて小さなトルクと少ない動力でより多い
吐出流量が得られ、撹拌機の設備費と運転費において経
済的に有利であると考えられるからである。

【０００３】この種の翼として、一般には傾斜パドルや
プロペラが用いられている。傾斜パドルは最も簡単で安
価に製作できるが、プロペラに比べて流量の割にトルク
と動力が大きくなりがちで吐出効率はよくない。また、
傾斜角度により軸流と放射流の中間的な流れになると言
われている。

【０００４】この点、船舶用プロペラのように、翼形に
合わせて羽根板断面の厚さを前端から後端へと変える加
工を施せば、高い吐出効率を達成できる可能性はある。
しかし、そのために製作費が非常に高くなる。そこで、
羽根板の厚さは一定とし、ピッチ高さが半径方向に変わ
らないように金型を使って羽根板にネジリを与える製作
方法が採用されている。揚力と抗力の比を高めるべく流
れに対する羽根板の迎え角を半径方向に一定に保つよう
羽根板にネジリを与える方法も提唱されている。さら
に、揚力と抗力の比を高めるべく、羽根板の前端から後
端にかけて適度のソリを与えることもある。これらのプ
ロペラも、基本的には金型を用いて製作されるので、大
きさの異なる翼毎に異なる金型を作る必要がある。この
場合、量産が可能な小型の翼であればこの方法でも経済
的に製作できるが、大型の受注生産品においてその都度
金型を製作することは非常に不経済である。

【０００５】また、以下に説明するような各種の軸流翼
が知られている。すなわち、米国特許５０５２８９２
は、図１９に示すように、傾斜パドル翼の羽根板２１を
半径方向の中心線に沿って折り曲げることにより、ソリ
の機能を与えて吐出効率を改善すると同時に羽根板の機
械的強度を向上させる技術を開示している。そして、同
特許には、羽根板は一様な幅の板で、平均傾斜角は２５
〜３０°とし、折り目は羽根板先端で交わる２本の折り
目で、合計の折り角を２０〜３０°とすることが好まし
い旨記載されている（以下「従来の翼Ａ」という）。ま
た、米国特許４４６８１３０には、図２０に示すよう
に、羽根板２２先端から付け根までのソリと傾斜角を、
流れが剥離するか否かの境界値に合わせることで最大の
吐出効率を達成できることが開示され、ソリを先端での
８％から付け根での０％まで、傾斜角を先端での２２°
から付け根での３８°まで変える具体的な例が記載され
ている。その羽根板幅は翼径の約１／８で先端側がやや
狭く、付け根側がやや広い。同特許によれば、この翼は
プロペラに比べて安価であると記載されているが、曲率
が連続的に変化する曲げとネジリの同時加工が必要であ
り、精度ある製作を行うためには翼の大きさ毎に異なる
金型が必要であると考えられる（以下「従来の翼Ｂ」と
いう）。

【０００６】さらに、ドイツ特許出願３７３０４２３
は、図２１に示すように、主の羽根板２３とこれに平行
な補助の羽根板２４を軸方向に重ねることで吐出効率の
改善を試みている。このように補助羽根を追加すれば、
トルクと動力も増加するので、図２１の翼によれば、こ
れらトルクと動力の増加を補って余りある流量の増大分
があるということになる。ところが、主の羽根板が図２
１のように単純な傾斜パドルである場合、その吐出効率
を改善してもプロペラ並みの効率を達成するのは困難で
あると思われる（以下「従来の翼Ｃ」という）。

【０００７】そして、英国特許１４５４２７７は、円筒
の曲面を適切に切断すれば、ピッチ高さが半径方向にほ
ぼ変わらず、羽根幅の５〜１５％のソリを持つ羽根板が
得られることを開示している（以下「従来の翼Ｄ」とい
う）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】撹拌機用の軸流翼に求
められているものは、要するに設備費と運転費を抑制し
所定の撹拌目的を達成することである。特に、低粘度液
での混合や固体粒子分散では、吐出流量あるいは流速と
吐出流量の積によって撹拌の能力が決まることが多く、
安価に製作できて吐出効率のよい軸流翼が求められてい
る。

【０００９】ところで、長瀬とWinardi の研究（Journa
l of Chemical Engineering of Ja-pan, Vol.24, No.2,
pp.243 〜249(1991))によれば、船舶用プロペラを撹拌
槽で用いた場合も、タービンや傾斜パドルの場合と同様
に撹拌槽内の流れは不安定であり、翼近傍での吐出流で
すら周方向の流速に２倍程度の揺らぎが認められるとの
ことである。また、その乱れの強さも２０〜５０％と大
きい値である。このように、翼への流入と流出が間欠的
に変動する事実は、流れに対する迎え角を保つという上
記のプロペラ設計法が果して撹拌翼の吐出効率を向上し
得るかどうかに関して疑問を投げかけるだけでなく、翼
理論を応用する各種の軸流翼の性能設計法にも同様の見
直しを迫るものであるといえる。というのは、翼理論が
扱う流れは整った一様な流れであり、撹拌槽内の流れと
は大いに異なるからである。

【００１０】プロペラを初めとする軸流翼の性能設計の
要点は羽根板の幅、傾斜角度および羽根板のソリを半径
方向にどのように分布させれば最高の吐出効率が得られ
るかどうかにある。最も確実な方法は、実際にこれらの
各諸元を変えて撹拌翼の吐出効率を測定し、最適化する
やり方である。しかし、この種の研究の報告例は見られ
ない。

【００１１】そこで、本発明者は、上記各撹拌翼（従来
の翼Ａ〜Ｄ、傾斜パドル翼、プロペラ翼）について、同
一の撹拌槽を用いて同じ位置に翼を取り付け、同一水量
・同一回転数・同一トルク・同一動力での吐出流量を測
定した。なお、翼のトルク、動力、吐出流量はそれぞ
れ、歪ゲージ式トルク計、電磁式回転計、レーザードッ
プラー流速計で測定した。また、傾斜パドルとしては４
枚羽根４５°傾斜パドルと３枚羽根３０°傾斜パドルの
２種類を使用し、プロペラはピッチ高さが翼径と同じで
周方向にソリをつけない一様な厚さの羽根板のものを使
用した。上記のような測定条件にすれば、基本的に撹拌
機の翼部分を除く設備費は同じで運転費も同じ条件で比
較することができる。なお、同一動力だが、トルクと回
転数が異なる条件で２種の翼を比較する例が見られる
が、経済性を評価する比較法としては適切でない。とい
うのは、同じ形状の翼でも、翼径を大きくすれば同じ動
力でより多い吐出流量が得られるが、翼径を大きくする
ことによりトルクが増し、その結果撹拌機の設備費が増
すので、単に動力だけを同一にする方法では経済的観点
から公平な比較が行えない。

【００１２】上記方法により各撹拌翼の吐出流量を比較
した結果、プロペラ、従来の翼Ａ、従来の翼Ｂ、３０°
傾斜パドル、従来の翼Ｄ、従来の翼Ｃ、４５°傾斜パド
ルの順に吐出流量が減り、従来の翼ＡとＤを除くと順位
が前後の翼の吐出流量の差はプロペラの吐出流量の８〜
１１％であった。すなわち、従来公知の軸流翼は、各種
のプロペラの中でも比較的簡単に設計・製作できる上記
のプロペラに劣る吐出流量しか得られず、より多くの流
量が必要な場合、翼径や回転数を増して大トルクと大動
力のもとで運転する必要がある。その結果、翼の製作費
が抑制できたとしても、撹拌機の設備費と運転費が増加
するので、経済的には無意味となる。

【００１３】一方、一様な板厚でソリのないプロペラと
いえども、これを精度よく作るには金型が必要である。
その上、翼の大きさが異なれば、異なる金型を製作する
必要があり、不経済である。プロペラに限らず、羽根板
にネジリを必要とする翼、例えば従来の翼Ｂも翼の大き
さ毎に異なる金型が必要である。

【００１４】ところで、上記した各撹拌翼のうち、従来
の翼Ａが長方形の羽根板を２箇所で折り曲げただけの簡
単な形状でありながらプロペラに次ぐ吐出流量を達成し
た点は注目すべきである。これに比して、翼理論の考え
方を応用した従来の翼Ｂ、従来の翼Ｄ、そして翼列の干
渉効果を利用した従来の翼Ｃらは、従来の翼Ａに比べて
より複雑な形状でありながら、従来の翼Ａに劣る吐出流
量しか得られなかった。この理由としては、２次元の翼
理論を３次元の回転体に適用したことが原因と考えられ
ることと、もう一つは撹拌槽内の流れが閉空間内の循環
流れでその乱れが極めて大きく、羽根板に流入する流れ
が翼理論で扱うような整った一様な流れと大いに異なる
という条件の差異によるものと思われる。

【００１５】以上の検討結果を要約するに、経済的な軸
流翼は、ネジリのない単純な曲面もしくは数箇所を折り
曲げた平面で構成された、一様な厚さの羽根板からなる
軸流翼であって、プロペラと同等以上の吐出効率を持つ
ものであると言える。

【００１６】本発明の目的はかかる軸流翼、すなわち、
プロペラと同等以上の吐出効率を有するコンパクトな形
状の経済的な軸流翼を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決して吐出
効率のよい軸流翼を得るには、翼の各部の寸法と形状を
段階的に変えて翼を試作し、トルク、動力、吐出流量を
実際に撹拌槽の中で確認しながら適切な寸法・形状の組
み合わせを求めればよい。そこで、予備実験として、傾
斜角度、ネジリの有無、ソリの有無および羽根板幅の異
なる軸流翼を複数個製作し、図１に示すような、槽径Ｄ
＝４００mm、水深Ｈ＝５００mmで幅４０mmのバッフルＢ
を周方向に均等に４枚取り付けた撹拌槽を用いてＰで示
す位置に翼を取り付け、同一水量（５８．６リット
ル）、同一回転数（３００ｒｐｍ）、同一トルク（０．
４３Ｎｍ）および同一動力（０．０１３ｋｗ）での吐出
流量を比較した。この予備実験の結果、「傾斜角度の影
響が最も強いこと」、「半径方向の変化に対応するネジ
リの影響も重要であること」、「ソリの影響は明確でな
いこと」、「羽根板の幅については大き過ぎると明らか
に吐出流量が減るが、ある範囲では吐出流量の変化が少
ないこと」および「半径方向に羽根板の幅を変えると吐
出流量が変わること」が判明した。なお、吐出流量の測
定方法としては、各試験翼をすべて下向き吐出の方向に
回転させ、翼の下面の下向きの流速を、羽根板の下端か
ら５mm下で半径方向に１０mm間隔の位置でレーザードッ
プラー流速計を用いて測定し、その測定値を積分して吐
出流量を得た。また、各測定点での値は２万個のデータ
を平均した。そこで、『羽根板の最大幅』、『最大幅部
の半径位置と傾斜角度』、『羽根板先端部の幅と傾斜角
度』および『羽根板付け根側の幅と傾斜角度』につい
て、これらの諸元を段階的に変えて軸流翼を試作し、上
記予備実験と同一方法で吐出流量を測定した。その結
果、以下のような形状・寸法の軸流翼を作製すれば、プ
ロペラ翼と同等以上の吐出効率が得られることが確認で
きた。本明細書において用いる語句の意味を説明する
と、『半径位置』とは「撹拌軸中心を０、羽根板先端を
１として半径方向の位置を指数表示したもの」をいい、
『羽根板の幅』とは「同じ半径位置での回転方向先行端
と後行端の直線距離」をいい、『傾斜角度』とは「その
直線と撹拌軸に直交する平面とのなす角度」をいう。

【００１８】以下に本発明の軸流翼の羽根板の形状諸元
の決定根拠について図２〜７に基づいて説明するが、同
図は従来の翼Ｂの吐出流量を１００として指数により各
試験翼の吐出流量を示す図である。

【００１９】(1) 羽根板の最大幅図２に、翼径（Ｄ、図８参照）に対する羽根板の最大幅
（Ｗ₀、図８参照）の比率と吐出流量の関係を示す。こ
の場合、羽根板の最大幅部の半径位置は０．７で、最大
幅部の傾斜角度は２０°とし、先端部の幅は最大幅の約
５０％で、先端部の傾斜角度は１３〜１６°とし、付け
根側の幅は最大幅の約５０％で、付け根側の傾斜角度は
４０°とした。

【００２０】図２に示されているように、羽根板の最大
幅（Ｗ₀)が翼径（Ｄ）の１０〜３０％の範囲では、吐出
流量はほとんど変化せずに大きな値を示しているが、羽
根板の最大幅は吐出流量に影響を与える重要な要素であ
って、最大幅が小さいスリムな形状の羽根板（最大幅＜
翼径の２０％）と最大幅が比較的大きな羽根板（最大幅
≧翼径の２０％）では、羽根板形状の設計思想を変える
必要がある。というのは、スリムな形状の羽根板では、
最大幅が大きな流体抵抗とはならず、最大幅部が羽根板
の先端部にあろうと、付け根側にあろうと、吐出流量に
大きな影響を与えないと考えられるが、羽根板の最大幅
が比較的大きくなると（最大幅≧翼径の２０％）、次に
説明するように、最大幅部の半径位置が吐出流量に大き
な影響を与えるようになるからである。

【００２１】(2) 羽根板の最大幅部の半径位置図３に、羽根板の最大幅部の半径位置と吐出流量の関係
を示す。この場合、羽根板の最大幅は翼径の２０％で、
最大幅部の傾斜角度は１７°とし、先端部の幅は最大幅
の約５０％で（但し、最大幅部の半径位置が１．０のと
きは、先端部の幅と最大幅は一致する）、先端部の傾斜
角度は１１°〜１７°とし、付け根側の幅は最大幅の約
５０％で、付け根側の傾斜角度は４０°とした。

【００２２】羽根板の最大幅が大きくなると（最大幅≧
翼径の２０％）、最大幅部の半径位置は吐出流量との関
係において重要である。すなわち、最大幅部が羽根板の
付け根側にあるか又は先端部にあると、スムーズな撹拌
を阻害する抵抗となるが、図３に示すように、最大幅部
の半径位置が０．４〜０．８（４０〜８０％）の範囲に
あると、吐出流量は多くなるからである。また、その半
径位置が０．５〜０．７（５０〜７０％）の範囲にある
と、さらに吐出流量は増え、半径位置０．６で吐出流量
は最大になることが分かる。しかし、羽根板の最大幅が
翼径の２０％未満の翼の場合は、最大幅部の半径位置が
吐出流量に与える影響は少なくなり、最大幅部が先端部
にあろうと、付け根側にあろうと、吐出流量は大きく変
化しない。

【００２３】(3) 羽根板の最大幅部の傾斜角度図４に、羽根板の最大幅部が０．７の半径位置にあると
きの傾斜角度と吐出流量の関係を示す。この場合、羽根
板の最大幅は翼径の２０％で、先端部の幅は最大幅の約
５０％で、先端部の傾斜角度は０°〜２７°とし、付け
根側の幅は最大幅の約５０％で、付け根側の傾斜角度は
４０°とした。図４に示されているように、最大幅部の
傾斜角度（θ₀、図８参照）が１２〜２２°の範囲にあ
るとき、吐出流量は多いことが分かる。また、その傾斜
角度が１５〜２０°の範囲にあると、さらに吐出流量は
増えることが分かる。

【００２４】羽根板の最大幅が翼径の２０％未満の翼の
場合も、傾斜角度は重要であって、流体抵抗を低減する
ために羽根板半径方向中心部の傾斜角度を適正な範囲に
することにより大きな吐出流量が得られるので、そのた
めには、半径位置０．６での傾斜角度を１２〜２２°の
範囲にするのが好ましい。

【００２５】(4) 羽根板先端部の幅と傾斜角度図５に、羽根板の最大幅（Ｗ₀)に対する先端部の幅（ｄ
₂、図８参照）の比率と吐出流量の関係を示す。この場
合、羽根板の最大幅は翼径の２０％とし、最大幅部の半
径位置は０．６で、最大幅部の傾斜角度は１７°とし、
先端部の傾斜角度は約１１°とし、付け根側の幅は最大
幅の約５０％で、付け根側の傾斜角度は４０°とした。

【００２６】図５に示されているように、先端部の幅が
最大幅の１２〜７５％の範囲にあるとき、吐出流量はあ
まり変化せずに大きな値を示しているが、特に最大幅の
約５０％のとき吐出流量は最大となる。なお、翼先端で
の過度の動力消費を抑制するという理由により、先端部
の傾斜角度（θ₂、図９参照）は最大幅部の傾斜角度
（θ₀)より５〜１０°小さくするのが好ましい。

【００２７】羽根板の最大幅が翼径の２０％未満の翼の
場合も、先端部の幅は重要であって、羽根板半径方向中
心部の幅に対して先端部の幅を適正な範囲にすることに
より流体抵抗と動力消費を低減することができるので、
そのためには、先端部の幅を半径位置０．６での幅の１
２〜７５％とするのが好ましい。また、この翼の先端部
の傾斜角度は、翼先端での過度の動力消費を抑制すると
いう同上理由により、半径位置０．６での傾斜角度より
５〜１０°小さくするのが好ましい。

【００２８】(5) 羽根板付け根側の幅図６に、最大幅（Ｗ₀)に対する半径位置０．２における
羽根板の幅（羽根板付け根側の幅）の比率と吐出流量と
の関係を示す。この場合、羽根板の最大幅は翼径の２０
％とし、最大幅部の半径位置は０．７で、最大幅部の傾
斜角度は１７°とし、先端部の幅は最大幅の約５０％
で、先端部の傾斜角度は１１°とし、付け根側の傾斜角
度は４０°とした。

【００２９】図６に示されているように、羽根板の幅が
最大幅の４０〜１００％の範囲において、吐出流量はほ
とんど変化せずに大きな値を示している。羽根板の最大
幅が翼径の２０％未満の翼の場合も、羽根板付け根側の
幅は重要であって、羽根板半径方向中心部から付け根側
にかけてスムーズな吐出流を得るためには、付け根側の
幅は半径位置０．６での幅の４０％以上とするのが好ま
しい。

【００３０】(6) 羽根板付け根側の傾斜角度図７に、半径位置０．２における羽根板の傾斜角度（羽
根板付け根側の傾斜角度θ₁、図９参照）と吐出流量と
の関係を示す。この場合、羽根板の最大幅は翼径の２０
％とし、最大幅部の半径位置は０．７で、最大幅部の傾
斜角度は１７°とし、先端部の幅は最大幅の約５０％
で、先端部の傾斜角度は１１°とし、付け根側の幅は最
大幅の約５０％とした。

【００３１】図７に示されているように、その傾斜角度
が５０°を超えると吐出流量は低下し、２５〜５０°の
範囲で吐出流量は多くなり、４０〜４５°で吐出流量は
最も大きくなる。羽根板の最大幅が翼径の２０％未満の
翼の場合も、羽根板付け根側の傾斜角度は重要であっ
て、傾斜角度が大きくなりすぎると吐出流量が低下する
ので、２５〜５０°の範囲とするのが好ましい。

【００３２】(7) 羽根板を構成する面円筒面、円錐面あるいは平面またはこれらを１、２箇所
折り曲げたもの、さらに平面にネジリを加えた曲面、ま
たはこれらを組み合わせた面とすることができる。

【００３３】(8) 羽根板の厚さ板厚は羽根全体にわたり一様とし、必要な機械強度を確
保できる板厚であればよい。最大幅の５％を超える板厚
のときは、羽根板の回転方向先行側の２本の稜線のうち
上流側の稜線を最大幅位置から先端まで面取り（図９
（ａ）およびそのＴ部拡大図である図９（ｂ）参照）す
るのが好ましい。

【００３４】(9) 羽根板枚数と取り付け方法羽根板枚数は複数とし、回転対称に取り付けるのが好ま
しい。羽根板幅の２等分線を中心線とするとき、基本的
にはこの中心線を半径方向と同一とするように取り付け
るが、円筒面や円錐面で構成する羽根板を使うときは、
羽根板中心線を付け根から最大幅位置にかけて回転方向
に先行させることもできる。

【００３５】(10)まとめ以上の検討結果に基づいて、以下の撹拌翼が、本発明の
目的を達成しうる、コンパクトな形状にして吐出効率が
良好である経済的な軸流翼であるとの結論に達した。

【００３６】羽根板の最大幅が翼径の２０％未満の
場合 (a) 半径位置０．６での傾斜角度は１２〜２２°であ
る。 (b) 先端部の幅は半径位置０．６での幅の１２〜７５％
であって、且つ先端部の傾斜角度は半径位置０．６での
傾斜角度より５〜１０°小さい。 (C) 付け根側の幅は半径位置０．６での幅の４０％以上
であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜５０°であ
る。

【００３７】羽根板の最大幅が翼径の２０％以上の
場合 (a) 最大幅の半径位置は０．４〜０．８であって、且つ
最大幅部の傾斜角度は１２〜２２°である。 (b) 先端部の幅は最大幅の１２〜７５％であって、且つ
先端部の傾斜角度は最大幅部の傾斜角度より５〜１０°
小さい。 (C) 付け根側の幅は最大幅の４０〜１００％であって、
且つ付け根側の傾斜角度は２５〜５０°である。

【００３８】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明は、以下の要素
（ａ）〜（ｄ）からなる羽根板を有することを特徴とす
る軸流型撹拌翼を第一の発明とする。（ａ）羽根板の最大幅は翼径の２０％未満である。（ｂ）半径位置０．６での傾斜角度は１２〜２２°であ
る。（ｃ）羽根板の先端部の幅は半径位置０．６での幅の１
２〜７５％であって、且つ先端部の傾斜角度は半径位置
０．６での傾斜角度より５〜１０°小さい。（ｄ）羽根板の付け根側の幅は半径位置０．６での幅の
４０％以上であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜
５０°である。

【００３９】また、以下の要素（ａ）〜（ｄ）からなる
羽根板を有することを特徴とする軸流型撹拌翼を第二の
発明とする。（ａ）羽根板の最大幅は翼径の２０％以上である。（ｂ）羽根板の最大幅部の半径位置は０．４〜０．８で
あって、且つ最大幅部の傾斜角度は１２〜２２°であ
る。（ｃ）羽根板の先端部の幅は最大幅の１２〜７５％であ
って、且つ先端部の傾斜角度は最大幅部の傾斜角度より
５〜１０°小さい。（ｄ）羽根板の付け根側の幅は最大幅の４０〜１００％
であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜５０°であ
る。

【００４０】以上のような構成の本発明の軸流翼は、吐
出流量に大きな影響を与える羽根板の最大幅に着目し
て、『羽根板の最大幅が翼径の２０％未満であるスリム
な形状の翼』と『羽根板の最大幅が翼径の２０％以上で
ある翼』の２種類の翼に分け、それぞれの場合において
最大の吐出流量が得られるように、羽根板各部の幅と傾
斜角度を規制したので、流体抵抗と動力消費を低減しな
がらも大きな吐出流量を確保することができる。撹拌操
作のなかで、液の混合速度は液の循環速度、すなわち吐
出流量にほぼ比例する。従って、吐出効率の優れた（吐
出流量の多い）本発明の軸流翼は効率のよい混合を可能
にする。また、ある種の撹拌操作では、吐出流量だけで
なく、撹拌翼が液に与える軸方向の運動量、すなわち、
吐出流量と吐出流速の積が重要になることもある。例え
ば、槽底に沈降している固体粒子を浮遊させるには粒子
を動かす液の流速と槽底の面積に対応する流量が必要に
なる。軸方向の流量と流速の積は、軸流翼の場合、吐出
流量の自乗に比例し、翼の回転面積に反比例する。従っ
て、吐出効率に優れた本発明の軸流翼は軸方向の液の運
動量を発生する効率においても優れており、固体粒子を
効率よく浮遊させることができる。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。〔第一実施例〕図８は第一実施例の軸流翼１の平面図、
図９（ａ）はその羽根板２の拡大側面図である。本実施
例では、「羽根板２の最大幅Ｗ₀を翼径Ｄの２０％、最
大幅部３の半径位置を０．６、最大幅部３の傾斜角度θ
₀を１７°」、「先端部４の幅ｄ₂を翼径Ｄの１０％
（最大幅の５０％）、先端部４の傾斜角度θ₂を１１
°」、「半径位置０．２での羽根板の幅を翼径Ｄの１０
％（最大幅の５０％）、その位置での傾斜角度θ₁を４
０°」、「羽根板は翼径Ｄの１％（最大幅の５％）の厚
さの平板を２箇所で折り曲げ、２本の折り目５、６は平
行とし、折り曲げ角度θ₃、θ₄をともに１４．５°」
とした。本実施例では羽根板の中心線７が付け根から最
大幅位置にかけて回転方向に先行している。また、撹拌
軸への止め具（以下「ボス」という）８への固定と羽根
板２の機械的強度を補うためにブラケット９を使用し
た。

【００４２】第一実施例の応用例として、図１０に示す
ように、図９のものから付け根側の折り曲げをなくした
羽根板２の形状としたもの、また、図１１に示すよう
に、円筒面からなる羽根板２の形状としたもの、さら
に、図１２に示すように、円筒面と平面からなる羽根板
２の形状としたものを採用することもできる。これらの
中では、図１１、図１２のような羽根板形状のものは、
第一実施例と同等の吐出効率を達成できる。図１０のよ
うな羽根板形状のものは、羽根板付け根側の傾斜角度が
最適値よりもやや小さいため、吐出効率は若干低下す
る。

【００４３】〔第二実施例〕図１３（ａ）は第二実施例
の軸流翼の平面図、図１４はその羽根板の拡大側面図で
ある。本実施例の羽根板１０の最大幅、最大幅部の半径
位置と傾斜角度、先端部の幅、半径位置０．２での羽根
板の幅と傾斜角度は第一実施例と同じであり、先端部の
傾斜角度のみが９．５°と異なっている。本実施例では
平板を２本の直線Ｌ、Ｌに沿って折り曲げた面で羽根板
が構成されており、ソリはなく、羽根板の中心線１１が
ボス８から正しく半径方向に一致している。

【００４４】〔第三実施例〕図１５は第三実施例の軸流
翼の平面図、図１６はその羽根板の拡大側面図である。
本実施例の羽根板１２の最大幅、最大幅部の半径位置と
傾斜角度、先端部の幅と傾斜角度、半径位置０．２での
羽根板の幅と傾斜角度は第一実施例と同じであり、羽根
板構成面と厚さに関しては、曲率半径Ｒが翼径Ｄの３６
％の円筒面とし、厚さを翼径の１％（最大幅の５％）と
した。このように、円筒面の羽根板を使うため周方向に
ソリが生じるが、このようにすることで羽根板のネジリ
効果を製作の容易な円筒面で代用することができ、経済
的である。また、本実施例では羽根板の中心線１３が付
け根から最大幅位置にかけて回転方向に先行している。
また、ボス８への固定と羽根板１２の機械的強度を補う
ためにブラケット９を使用した。

【００４５】〔第四実施例〕図１７は第四実施例の軸流
翼の平面図、図１８はその羽根板の拡大側面図である。
本実施例の羽根板１４の最大幅、最大幅部の半径位置と
傾斜角度、先端部の幅と傾斜角度、半径位置０．２での
羽根板の幅と傾斜角度とも第三実施例と同じである。本
実施例では平面に単純なネジリを加えた曲面で羽根板が
構成されており、ソリはなく、羽根板の中心線１５がボ
ス８から正しく半径方向に一致している。

【００４６】〔吐出流量の比較試験〕本発明の軸流翼と
従来の軸流翼の吐出流量を比較するために、上記と同様
にして、図１に示す撹拌槽を用いて同じ位置に翼を取り
付け、同一水量（５８．６リットル）、同一回転数（３
００ｒｐｍ）、同一トルク（０．４３Ｎｍ）、同一動力
（０．０１３ｋＷ）のもとで吐出流量を測定した。同上
の測定方法による吐出流量の測定結果は以下に記載する
とおりである。第一実施例の軸流翼の吐出流量はプロペラ翼より２
４％多かった。第一実施例の軸流翼の吐出流量をプロペ
ラ翼と同じにした場合、回転数を１９％下げ、トルクを
３５％低減し、動力を４８％低減することができた。第一実施例の軸流翼の吐出流量は従来の翼Ａより２
９％多かった。第一実施例の軸流翼の吐出流量を従来の
翼Ａと同じにした場合、回転数を２２％下げ、トルクを
４０％低減し、動力を５３％低減することができた。第二実施例の軸流翼の吐出流量はプロペラ翼より１
７％多かった。第二実施例の軸流翼の吐出流量をプロペ
ラ翼と同じにした場合、回転数を１５％下げ、トルクを
２７％低減し、動力を３８％低減することができた。第三実施例の軸流翼の吐出流量は従来の翼Ｂより３
５％多かった。第三実施例の軸流翼の吐出流量を従来の
翼Ｂと同じにした場合、回転数を２６％下げ、トルクを
４５％低減し、動力を５９％低減することができた。第三実施例の軸流翼の吐出流量は従来の翼Ｄより６
３％多かった。第三実施例の軸流翼の吐出流量を従来の
翼Ｄと同じにした場合、回転数を３９％下げ、トルクを
６２％低減し、動力を７７％低減することができた。

【００４７】〔混合性能の比較試験〕次に、本発明の第
一実施例の軸流翼と従来の軸流翼の混合性能を比較する
実験を行ったので説明する。すなわち、上記と同様にし
て、図１に示す撹拌槽を用いて同じ位置に翼を取り付
け、同一水量（５０リットル）のもとで撹拌槽内の水を
ヨード澱粉で着色した後、適量のチオ硫酸ソーダを添加
して１０秒間で水の色を消すのに要した各翼の回転数、
動力およびトルクの測定結果を以下の表１に示す。ま
た、同上撹拌槽内に直径１５０μｍのガラスビーズを１
０重量％加え、このガラスビーズを撹拌槽内に均一に浮
遊させるために要した各翼の回転数、動力およびトルク
の測定結果を以下の表２に示す。なお、「ガラスビーズ
を均一に浮遊させる」とは、水面付近から採取した適量
の水の中のガラスビーズの含有量が約１０重量％の状態
をいう。

【００４８】

【表１】

【００４９】

【表２】

【００５０】表１、表２に明らかなように、本発明の軸
流翼の混合性能は従来の翼に比して極めて優れているこ
とが分かる。

【００５１】

【発明の効果】本発明は上記のとおり構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 (1) 吐出流量に大きな影響を与える羽根板の最大幅に着
目して、『スリムな形状の羽根板を有する翼』と『やや
幅広の羽根板を有する翼』の２種類に分けて、それぞれ
の場合に羽根板各部の幅と傾斜角度を適正な範囲に規制
したので、極めて優れた吐出効率を有し、撹拌槽の流れ
のように乱れの激しい流れに適用しても、十分な混合が
期待できる。 (2) １、２箇所を折り曲げた平面のような簡単な形状の
羽根板面で構成することができるので、撹拌翼が安価に
製作できるだけでなく、撹拌機の設備費と運転費の削減
が可能である。 (3) 従って、ビーカースケールの翼から大型翼まで、任
意の大きさの翼を金型を使うことなく、精度よく経済的
に製作することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】撹拌槽の断面図である。

【図２】翼径に対する羽根板の最大幅の比率と吐出流量
の関係を示す図である。

【図３】羽根板の最大幅の半径位置と吐出流量の関係を
示す図である。

【図４】羽根板の最大幅が０．７の半径位置にあるとき
の傾斜角度と吐出流量の関係を示す図である。

【図５】羽根板の最大幅に対する先端部の幅の比率と吐
出流量の関係を示す図である。

【図６】羽根板の最大幅に対する半径位置０．２におけ
る羽根板の幅（羽根板付け根側の幅）の比率と吐出流量
の関係を示す図である。

【図７】半径位置０．２における羽根板の傾斜角度（羽
根板付け根側の傾斜角度）と吐出流量の関係を示す図で
ある。

【図８】第一実施例の軸流翼の平面図である。

【図９】図９（ａ）は図８の軸流翼の羽根板の拡大側面
図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＴ部拡大図である。

【図１０】図８の軸流翼の羽根板の別の例を示す拡大側
面図である。

【図１１】図８の軸流翼の羽根板のさらに別の例を示す
拡大側面図である。

【図１２】図８の軸流翼の羽根板のさらに別の例を示す
拡大側面図である。

【図１３】図１３（ａ）は第二実施例の軸流翼の平面
図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＳ−Ｓ矢視断面図で
ある。

【図１４】図１３（ａ）の軸流翼の羽根板の拡大側面図
である。

【図１５】第三実施例の軸流翼の平面図である。

【図１６】図１５の軸流翼の羽根板の拡大側面図であ
る。

【図１７】第四実施例の軸流翼の平面図である。

【図１８】図１７の軸流翼の羽根板の拡大側面図であ
る。

【図１９】従来の翼Ａの平面図である。

【図２０】従来の翼Ｂの斜視図である。

【図２１】従来の翼Ｃの斜視図である。

【符号の説明】

１…軸流翼２…羽根板３…最大幅部４…先端部５…折り目６…折り目７…中心線８…ボス９…ブラケット１０…羽根板１１…中心線１２…羽根板１３…中心線１４…羽根板１５…中心線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】以下の要素（ａ）〜（ｄ）からなる羽根
板を有することを特徴とする軸流型撹拌翼。（ａ）羽根板の最大幅は翼径の２０％未満である。（ｂ）半径位置０．６での傾斜角度は１２〜２２°であ
る。（ｃ）羽根板の先端部の幅は半径位置０．６での幅の１
２〜７５％であって、且つ先端部の傾斜角度は半径位置
０．６での傾斜角度より５〜１０°小さい。（ｄ）羽根板の付け根側の幅は半径位置０．６での幅の
４０％以上であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜
５０°である。
【請求項２】以下の要素（ａ）〜（ｄ）からなる羽根
板を有することを特徴とする軸流型撹拌翼。（ａ）羽根板の最大幅は翼径の２０％以上である。（ｂ）羽根板の最大幅部の半径位置は０．４〜０．８で
あって、且つ最大幅部の傾斜角度は１２〜２２°であ
る。（ｃ）羽根板の先端部の幅は最大幅の１２〜７５％であ
って、且つ先端部の傾斜角度は最大幅部の傾斜角度より
５〜１０°小さい。（ｄ）羽根板の付け根側の幅は最大幅の４０〜１００％
であって、且つ付け根側の傾斜角度は２５〜５０°であ
る。